模块七非铁金属及其合金
课题一铜及铜合金
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思考与练习
课题二铝及铝合金
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*课题三钛及钛合金
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课题四滑动轴承合金
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课题五硬质合金
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习题
课题一铜及铜合金
一、铜
纯铜呈紫红色，故又称为紫铜。
纯铜的密度为8.96×103Kg/m3,熔点为1083℃，其导电性和导热性仅仅次于金和银，是最常用的导电、导热材料。纯铜的塑性非常好，易于冷、热压力加工，在大气及淡水中有良好的抗腐蚀性能。
铜中常含有0.05%～0.30%的杂质（主要是铅、铋、氧、硫和磷等），它们对铜的力学性能和工艺性能有很大的影响，尤其是铅和铋的危害最大。铜经过轧制和退火后的力学性能为：σ b=200～250/MPa，δ=45%～50%，硬度100～120HBS。由于铜的强度不高，所以一般用作结构零件。常用冷加工方法制造电线、电缆、铜管以及配置铜合金等。
铜加工产品按化学成分不同可分为纯铜材料和无氧铜材料两类，详细见下表：
二、铜合金
1、工业上广泛采用的是铜合金。以下为常用的铜合金分类：
单相黄铜
双相黄铜 铸造黄铜
特殊黄铜
锡青铜 铝青铜
铍青铜 硅青铜
2、常用铜合金的牌号、性能特点及用途 （1）黄铜
黄铜是以锌为主加元素的铜合金。
1）普通黄铜 普通黄铜分为单相黄铜和双相黄铜两类：当锌含量小于39%时，锌全部溶于铜中，形成均匀的单相固溶体α，即单相黄铜；当锌的含量大于等于39%时，除了有α固溶体外，还有以化合物CnZn 为基体的β固溶体，即α+β的双相黄铜。锌对黄铜力学性能的影响，当锌的含量在32%以下时，随锌的增加，黄铜的强度和塑性不断提高，当锌的含量达到30%～32%时，黄铜的塑性最好。当锌含量超过39%以后，由于出现β相，强度继续升高，但塑性迅速下降。当锌含量大于45以后，强度也急剧下降，在生产中已无实用价值。
单相黄铜塑性很好，适于冷、热变形加工。双相黄铜强度高，热状态下塑性良好，故适于热变形加工。
普通黄铜的牌号用“H ”+数字表示。其中“H ”表示普通黄铜的“黄”字汉语
拼音字母的字头，数字表示平均含铜量的百分数。
注：表中如HSn90-1，其中“1”表示杂质Sn的平均含量为1%
铸造黄铜的代号表示方法由“ZCu”+主加元素+数字+其他元素+数字组成，其中数字表示加入元素的平均百分含量。例如ZCuZn40Mn2，表示铸铜中，平均含量Zn占40%，Mn占2%。
常用铸造黄铜牌号、化学成分、力学性能及用途
注：表中力学性能中分子为砂型铸造试样测定，分母为金属型铸造试样测定
2）特殊黄铜在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的合金，称为特殊黄铜。特
殊黄铜常加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等，分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铅黄铜和铝黄铜等。铅使黄铜的力学性能恶化，但能改善其切削工艺性能。硅能提高黄铜的强度和硬度，与铅一起还能提高黄铜的耐磨性。锡提高了黄铜的强度和在海水中的抗腐蚀性，又称海军黄铜。
特殊黄铜的牌号“H”+主加元素符号（锌除外）+铜含量的百分数+主加元素含量的百分数组成。例如HPb59-1表示铜平均含量为59%，铅为1%的铅黄铜。（2）青铜
除了黄铜和白铜（铜和镍的合金）外，所有的铜基合金都称为青铜。按主加元素种类的不同，青铜分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。
青铜的代号由“Q”+主加元素及含量+其他元素及含量组成，其中“Q”表示青铜的“青”字汉语拼音字母的字头。例如QSn4-3表示含锡4%，含锌3%，其余为铜的锡青铜。QAl7表示含铝7%，其余为铜的铝青铜。铸造青铜的牌号和铸造黄铜的表示方法相同。
1）锡青铜锡能溶入铜形成α固溶体，但比锌在铜中的溶解度小得多（小于14%）。由于锡青铜在生产条件下不易得到平衡，因此，在铸造状态下，含锡量超过6%时就可以出现（α+δ）共析体（δ是一种硬而脆的相）。
锡含量较小时，随着含锡量的增加，青铜的强度和塑性增加，当锡含量超过5%～6%时，因合金中出现δ相而塑性急剧下降，强度仍然很高。当含锡量大于10%时，塑性已显著降低。当含锡量大于20%后，大量的δ相使强度显著降低，合金变得硬而脆，已无使用价值。故工业用的锡青铜，其含锡量一般在3%～14%。
通常含锡量小于8%的锡青铜，具有较好的塑性和适当的强度，适于压力加工，含锡量大于10%的锡青铜，由于塑性较差，只适合铸造。
锡青铜在铸造时，因体积收缩小，易形成分散细小的缩孔，可铸造形状复杂的铸件，但铸件的致密性差，在高压下易渗漏，故不适合制造密封性要求高的铸件。
锡青铜在大气及海水中的耐蚀性好，故广泛用于制造耐腐蚀零件。在锡青铜中加入磷、锌、铅等元素，可以改善锡青铜的耐磨性、铸造性及切削加工性，使性能更佳。
锡青铜中QSn4-3通常制造弹性元件、管配件、化工机械中耐磨零件及抗磁零件；QSn6.5-0.1用来制造弹簧、接触片、振动片、精密仪器中的耐磨零件等；QSn4-4-4常用来制造重要减磨零件，如轴承、涡轮、丝杠等。
2）铝青铜通常铝青铜的铝含量为5%～12%。铝青铜比黄铜和锡青铜具有更好的耐腐蚀性、耐磨性和耐热性，并具有更好的力学性能，还可以进行淬火和回火以进一步强化其性能，常用来铸造承受重载、耐蚀和耐磨的零件，如QAl7常用来制造重要的弹性元件；QAl9-4用来制造轴承、涡轮、蒸汽及海水中工作的高强度、耐蚀零件。
3）铍青铜常用的铍青铜的含铍量为1.7%～2.5%。铍在铜中的溶解度随温度的增加而增加，因此，经淬火后加以人工时效可获得较高的强度、硬度、抗腐蚀性和抗疲劳性，还具有良好的导电性和导热性，是一种综合性能较好的结构材料，主要用于制造弹性零件和有耐磨性要求的零件，如QBe2常用来制造重要的弹性元件，耐磨件及在高速、高压、高温下工作的轴承。
4）硅青铜硅青铜具有很高的力学性能和耐腐蚀性能，并具有良好的铸造性能和冷、热变形加工性能，常用来制造耐腐蚀和耐磨零件，如QSi3-1，用来制作
